面向5G承載網技術及組網應用研究

朱 健，郭天科，吳建東

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

5G承載網的構建需要滿足以下3點要求。一是大寬帶，其是最為基本的承載要求，移動互聯網的快速發展使人們逐漸提高了對帶寬的要求，100G帶寬已經實現，并向著超100G方向發展。二是低延時，其也是5G承載網的巨大優勢，普通低延時通信已經達到了4 ms，如果是性能更加優異的低延時通信則可控制在0.5 ms以下，甚至是20 μs。三是網絡切片，使用網絡切片技術劃分5G承載網中的各項資源，并進行資源之間的隔離，以滿足眾多用戶不同的業務服務需求，提高5G承載網資源的利用率[1-4]。

1 5G承載網構建的標準與要求

1.1 大帶寬

大帶寬是5G承載網運行的最基本要求，同時也是最為重要的技術。大帶寬可以完全展示出5G承載網的優勢，以用戶體驗為原則，實現大量數據信息毫秒級的傳遞。目前5G運營商可為用戶提供1 Gbps的用戶體驗速率，4G時代為百兆帶寬，而5G時代則以2.1 Gbps大帶寬為標準，因此，在進行5G承載網配置參數設計中，需要針對帶寬進行著重設計，以滿足5G時代人們對上網速率的要求。

1.2 低時延

5G端到端時延可以控制在毫秒級，最為理想的時延為1 ms，常用的時延為5 ms～10 ms，3G時代為幾百毫秒級，4G時代理想時延為10 ms，5G時代則只有4G時代的十分之一，以此來確保5G業務接近100%的可靠性，所以通信行業對5G時延進一步發展設定了標準。第一，為了提高移動帶寬，要將端到端時延降至4 ms以下；第二，人體感覺器官的反應時間大約為20 ms，需要5G承載網將通信業務響應速度控制在20 ms左右，并且每秒處理的數據量要達到5.2 Gbit。由此對5G承載網建設提出了更高的要求，需要在建設中注重低時延技術的充分運用。

1.3 網絡切片

為了保證5G承載網可以滿足不同的業務要求，需運用網絡切片技術，打造一個整合多種業務功能的虛擬運維網絡，以實現各個業務的獨立運行，并可保持運維網絡的整體性。在5G運維網絡構建中，可運用SDN/NFV技術，對網絡資源與設備資源進行集約化管理，實現虛擬運維網絡的按需分配，以為用戶提供及時、準確的業務服務。

2 面向5G承載網技術分析

2.1 OTN技術

2.1.1 超100G OTN技術

該項技術適用于城域網，結合DC互聯未來超大帶寬發展的方向，可將超100G OTN技術用于5G核心層的設置。目前，網絡向著全面IP化方向發展，業務流量增速過快，使得原有的承載網絡面臨著過大的業務流量壓力，促使OTN技術進一步的發展由之前的10 Gb/s增長至當前的100 Gb/s，并且該系統速率已經在國內大面積實施。現階段，超100G OTN技術已成為移動通信行業未來發展與研究的主要方向，它可進行帶寬調整，平衡容量與距離之間的關系，完全滿足全場景承載的要求。

2.1.2 SOTN技術

該項技術可滿足未來移動隨選網絡和智能化網絡發展的要求，整合原有網絡中的所有設備資源，將不同廠家設備進行接口對接，打造出一個完整的OTN網絡，以實現通信業務的快速開展。目前，SDN+OTN為主流技術，其對傳統網絡架構進行了優化，具體如圖1所示。控制和轉發獨立運行且進行集中管控，可編程，可虛擬化，促使網絡更加的開放化，將這兩項技術運用在光網絡中極大提高了光網絡的功能性。一是智能，控制轉發分離，實現了網絡運營自動化發展，便捷性升級，業務部署速度加快。二是彈性，網絡能編程，資源虛擬化，帶寬依據用戶的需求進行設置，頻譜效率可定制，虛子網多租戶。三是高效，集中管理和控制，全局視圖，多層多域協同。四是開放，API接口開放，網絡開放程度高，可促進應用的創新，有利于OSS集成。

圖1 SONT網絡架構圖

2.2 PTN技術

PTN技術屬于分組傳送技術，其應用優勢有以下幾點。一是提高了業務調度的靈活性，降低了調度的層次，節約成本表現良好。二是可以擴容帶寬，如果帶寬不夠，PTN技術會增加此處節點的LTE鏈路，進而增強路由的運行效率，以此達到提高帶寬利用率的目的。該技術與傳統的二層交換設備相比，在實際應用中具有較大的優勢，具有主播功能，并使用的是面向連接，為彈性分配帶寬提供了支撐。此外采用了端到端方式形成對業務傳送、倒換的保護作用，還有網管功能，為以太網業務提供更加全面的安全防護，而且其統計復用功能在面臨大量小業務時也可較好地完成傳送工作[5]。

2.2.1 信道化技術

其運用了隔離技術，為5G網絡差異化業務服務提供技術支持。目前，通信網絡系統速率逐漸提高，進而需要業務隔離技術增加支持的力度。該項技術應用的優勢對比如表1所示。

表1 信道化技術的優勢對比

2.2.2 Flex-E技術

Flex-E技術是在以太網中增加了業務層，采用時分復用占用的方式為以太網增大帶寬。一是將一個物理端口劃分成多個子端口，并保持子端口之間的獨立性，以實現多個業務的同時承載。二是將多個物理端口進行整合，構建成一個大容量端口，可面向5G承載，實現端到端的分片，極大增強了5G的承載能力。

3 PTN+OTN在5G承載網組網中的應用

PTN+OTN為5G承載網組網提供了技術支持，在運用兩項技術組網中首先要確定網絡架構，以為后期的演進做好鋪墊。其中PTN技術在組網應用上存在一定的缺陷，尤其是大顆粒業務方面表現較差，而OTN則在這一方面具備優勢，為大顆粒業務數據的傳送提供支持。PTN適用于4G業務，接入采用的是環狀結構，結構也可進行適當的調整，以滿足用戶的不同需求。在結構方面，采用了GE鏈路與10GE鏈路，兩個鏈路都可滿足組網的承載要求[6-8]。

3.1 獨立組網

運用PTN技術與OTN技術分別建立自己的網絡，兩個網絡相互獨立，OTN主要負責大顆粒業務，PTN技術則是負責端到端組網。端到端組網分為3個面層，其中核心機樓為骨干層，匯聚機房為匯聚層，接入機房為接入層。SDH與PTN構建三層網絡結構，主要面向的是3G與2G接入，WDM（OTN）部署在骨干匯聚層，可用于城域網IP市縣業務的調度。針對PTN網絡層面進行以下分析。第一，為了提高網絡的安全性，采用的是雙節點組網，匯聚層與接入層之間部署了保護鏈路，實現了常規業務在PTN組網中的匯聚與接入。第二，骨干層與核心機樓為一個層面，實現跨機樓的調度，一般使用的是網狀結構，可用于數量較少的業務調度，如果組網對交叉能力要求較低時，建議使用環狀結構，但是其在組網應用中對智能控制有著一定的要求，滿足以上條件方可構建出較為理想的承載網。因此，以機樓為節點，當節點大于等于4時，組網建議使用網狀網，以提高整個承載網的功能性，并降低組網的成本[9,10]。

3.2 疊加組網

當光纖資源有限時，建議使用疊加組網，其是將PTN與OTN進行結合，促使鏈路疊加，以構建出疊加網絡。例如，在工期較少，OTN網絡建設完成，而PTN還處于建設階段，就可采用疊加組網，以加快組網的進度。在疊加組網中，PTN與OTN共存，并且分工合作，PTN具有保護功能，而OTN負責基層傳送，不再負責網絡保護，進而節省光纖資源，提高組網的效果。其應用的缺點是組網經濟性較差，會使用數量眾多的OUT板件[11]。

4 結 論

5G網絡是目前和未來移動通信發展的方向，也是移動通信行業研發的重點。5G技術的出現極大提高了人們上網的速度，并使人們對移動通信業務服務提出了更高的要求。我國5G已經全面開始實施，應用在各種場景中初步實現了物聯網，進而需要移動通信企業運用面向5G承載網技術升級網絡的功能性，提高網絡處理大量小顆粒與大顆粒業務的能力，強化人們的網絡使用體驗。